【5A版】大学物理干涉.ppt

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1、22.1光的相干性22.2双缝干涉及其他分波面干涉实验22.3时间相干性22.4空间相干性22.5光程22.6薄膜干涉（一）—等厚条纹22.7薄膜干涉（二）—等倾条纹22.8迈克耳孙干涉仪22.干涉22.1光的相干性一、光源（lightsource）光源发光，是大量原子、分子的微观过程。=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射波列波列长L=c能级、跃迁、辐射、波列持续时间～10－8s2、激光光源：受激辐射=(E2-E1)/hE1完全一样E21、普通光源：自发辐射··独立（同一原子先后发的光）独立（不同原子发的光）（传播方向，频率，相位，振动方向）(对时间

2、平均)两束光叠加，相干和不相干二、光的相干性1、两列光波的叠加记为I=I1+I2+I12I1、I2分别是二光各自单独存在时的光强，叫做干涉项(可正可负)若各处都有I12=0，则I=I1+I2，不发生干涉。若I120，则II1+I2，干涉。关于干涉条件：假如各处＝以后讨论的多数情形有(或近似有)，合成时可当作标量波处理。设为简谐波，但频率不同。当作标量波，长时间内E1E2=0。频率不同的两光不能干涉。设同频率S1S2Pr1r2干涉项可当作标量波时，两列同频率的简谐波(理想单色波)总能干涉。但是，实际光波不是理想单色波。普通光源，发光机制，随机过程，一原子一

3、次发光持续时间10－8s，一束光是大量原子发的光的总合，维持确定初相的时间10－8s。简化模型：实际光波的振幅、相位都迅速随机改变。相位随机迅变(取0－2间各值机会均等)。二独立光源S1、S2，10和20无联系，于是在观测时间内随机改变了很多很多次，使得振幅稳定，两束准单色光，同频率：有确定的相位关系，称为相干的(coherent)如果振动方向相同，可按标量波处理，就有(完全)相干叠加相位差极度混乱(随机迅变)不相干的I=I1+I2(incoherent)非相干叠加实际上有时介于相干与不相干之间，称为部分相干。产生干涉的必要条件频率相同存在相互平行的振动

4、分量相位差稳定非相干光：I=I1+I2—非相干叠加完全相干光：相长干涉（明）（k=0,1,2…）相消干涉（暗）(k=0,1,2…)干涉相长Constructiveinterference干涉相消Destructiveinterference电磁波的干涉FlutteringTVpicturesI02-24-44I1衬比度差(V<1)衬比度好(V=1)振幅比，决定衬比度的因素：光源的宽度光源的单色性，IImaxImin02-24-4干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）2、条纹衬比度（对比度，反衬度，contrast）3、由普通光源获得相干光的途径PS*

5、分振幅法：·P薄膜S*两束相干光在P点相干叠加分波面法：为了有稳定的相位差，应从同一点光源发的光分出二束，经不同路径后再相遇而叠加。常见的有两种方法：杨氏实验1801年，T.Young（1773-1829）22.2双缝干涉及其他分波面干涉实验两个点源的干涉两列球面波的干涉场设在均匀煤质中有两个作同频简谐振动的相干点波源S1和S2，其间距为d，它们各自向周围媒质发出球面波。考察空间任意一点P的光强。等强度点的轨迹是以S1和S2为焦点、并以其连线为轴线的双叶旋转双曲面。什么实验最美?2002年5月物理杂志PhysicsWorld上一位科学哲学家克里塞(Crease)提出一个问题：

6、“物理学中最美的实验是什么?”到9月份，汇总200多位读者投票的结果，前10名按名次排列如下：1.用单电子做的杨氏双缝干涉实验(1961)2.伽利略的落体实验(1600左右)3.密立根油滴实验(1909)4.牛顿用棱镜将日光分解为七色的实验(1665-1666)5.杨氏用光做的干涉实验(1801)6.卡文迪许用扭杆测定万有引力常量的实验(1798)7.埃拉托色尼用阳光测定地球周长的实验(约公元前300)8.伽利略的斜面实验(1600左右)9.卢瑟福用粒子散射发现原子核的实验(1911)10.傅科摆的实验(1851)r1r2xdxD0单色光入射d>>，D>>d（d10

7、-4m，D1m）光程差：相位差：P·一、双缝干涉明纹：暗纹：条纹间距：x0xIxr1r2xdxD0P·二、双缝干涉光强公式设I1=I2=I0，则光强为光强曲线k012-1-2I02-24-44I0sin0/d-/d-2/d2/dx0x1x2白光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片S，S1，S2是相互平行的狭缝Young’sdouble-slitexperimentyxThefringepattern例1白色平行光垂直入射到间距为d=0.25mm的双缝上，距缝5